KR20130074414A - 박막 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

박막 제조방법 및 그 제조장치

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Abstract

본 발명은 박막의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 박막 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 복수 개의 기판 상에 박막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 복수 개의 기판을 챔버 내부의 기판 지지부 상에 장착하는 과정; 및 상기 기판지지부를 회전시키면서 상기 기판지지부 상부로 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스를 동시에 공급하여 상기 복수 개의 기판 상에 박막을 증착하는 과정;을 포함하며, 상기 박막이 증착되는 동안 상기 챔버 내로 공급되는 가스들 중 적어도 상기 원료가스의 공급을 중단하고 상기 기판을 상기 반응가스를 포함하는 분위기에 노출시키는 중간처리공정을 적어도 한 번 수행하여, 기판에 흡착된 원료가스와 반응가스가 서로 충분하게 반응할 수 있도록 함으로써 박막 증착을 원활하게 하고, 이에 따라 박막의 막질을 개선할 수 있다. 따라서 공정 불량을 억제하여 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소자의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.

Description

박막 제조방법 및 그 제조장치{Method for manufacturing thin film and apparatus for thereof}
본 발명은 박막 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 박막 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있으며, 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(step coverage)에 대한 문제도 점점 더 심각해지고 있다. 이에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 증착방법으로서 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 사용되고 있다.
일반적으로 원자층 증착방법은 기판에 각각의 원료가스들을 분리 공급하여 원료가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 방법이다.
원자층 박막 증착방법의 원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 제1원료가스가 챔버 내로 공급되면 기판 표면과의 반응을 통해 단원자층이 기판 표면에 화학 흡착된다. 그러나 기판 표면이 제1원료가스로 포화되면 단원자층 이상의 제1원료가스들은 동일한 리간드간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 퍼지(purge)가스가 공급되면 이 물리 흡착 상태의 제1원료가스들은 퍼지가스에 의해서 제거된다. 첫 번째 단원자층 위에 제2원료가스(반응가스)가 공급되면 제1원료가스와 제2원료가스의 리간드 상호간 치환반응을 통해 두 번째 층이 성장하고, 첫 번째 층과 반응하지 못한 제2원료가스들은 물리 흡착 상태에 있게 되어 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두 번째 층의 표면은 제1원료가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 상기한 과정이 하나의 사이클을 이루고 여러 사이클의 반복에 의해 박막이 증착되는 것이다.
이와 같은 방법은 챔버 내에 장착된 기판에 원료가스, 반응가스 등의 공정가스와 퍼지가스를 순차적으로 공급 및 배출시킴으로써 수행될 수 있다. 즉, 한 개 또는 복수 개의 기판이 장착되는 기판지지부를 고정시킨 상태에서 공정가스 및 퍼지가스를 교대로 반복해서 공급함으로써 박막을 증착하는데 적용될 수 있다.
반면에, 기판지지부에 복수 개의 기판을 장착하고, 기판지지부를 회전시키면서 박막을 증착하는 경우에는 공정가스 및 퍼지가스를 동시에 공급하면서 박막을 증착하게 된다. 이 경우에는 가스를 공급하는 가스분사체를 공정가스와 퍼지가스가 서로 혼합되지 않도록 형성하여 기판이 공정가스와 퍼지가스에 교대로 노출되도록 한다.
이와 같이 기판지지부를 회전시키고, 공정가스 및 퍼지가스를 동시에 공급하면, 각각의 기판은 공정가스와 퍼지가스와 교대로 접촉하게 되고, 이에 기판 상에 박막이 형성되게 된다. 그러나 기판이 회전하면서 공정가스와 퍼지가스와 번갈아 가면서 접촉하기 때문에 각각의 가스가 실질적으로 기판 상에 접촉되는 시간은 매우 짧다. 즉, 가스가 분사되는 가스분사체는 통상 원형으로 이루어지며, 공정가스 및 퍼지가스가 분사되는 복수 개의 영역으로 나뉘어져 있어 각각의 가스는 비교적 좁은 영역을 통해 분사되고, 기판이 회전하기 때문에 기판과 가스는 매우 짧은 시간 동안 접촉하게 된다. 게다가 공정가스가 분사되는 영역 사이에는 퍼지가스가 분사되는 영역이 형성되어 있기 때문에 기판 상에서 미처 반응하지 못한 공정가스가 퍼지가스에 의해 바로 제거되므로 공정가스 간의 반응시간이 충분하지 못하다는 문제점이 있다. 다시 말해서 반응가스는 기판에 흡착된 원료가스와 반응하여 박막을 형성하게 되는데, 기판 상에서 원료가스와 미처 반응하지 못한 반응가스가 기판이 회전함에 따라 뒤이어 분사되는 퍼지가스에 의해 제거됨으로써 박막이 원활하게 형성되지 못하는 문제점이 있다. 이에 박막을 형성하는데 소요되는 시간이 증가하여 공정 효율이 저하됨은 물론, 박막의 품질이 저하되어 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
KR 2007-0066114 A1 KR 0622609 B KR 0496906 B
본 발명은 공정가스 간의 반응시간을 충분하게 부여함으로써 박막의 증착을 원활하게 하는 박막 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다.
본 발명은 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 박막 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다.
본 발명은 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 제조방법은, 복수 개의 기판 상에 박막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 복수 개의 기판을 챔버 내부의 기판 지지부 상에 장착하는 과정; 및 상기 기판지지부를 회전시키면서 상기 기판지지부 상부로 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스를 동시에 공급하여 상기 복수 개의 기판 상에 박막을 증착하는 과정;을 포함하며, 상기 박막이 증착되는 동안 상기 챔버 내로 공급되는 가스들 중 적어도 상기 원료가스의 공급을 중단하고 상기 기판을 상기 반응가스를 포함하는 분위기에 노출시키는 중간처리공정을 적어도 한 번 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간처리공정은, 상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 반응가스의 공급을 중단하는 과정; 및 상기 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하는 과정;을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 중간처리공정은, 상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 반응가스의 공급을 중단하는 과정과; 상기 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하는 과정; 및 상기 반응가스의 공급을 중단하고 상기 퍼지가스를 공급하는 과정;을 포함할 수도 있다.
상기 중간처리공정은, 상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하는 공정을 포함할 수도 있다. 이때, 상기 중간처리공정은, 상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하되, 상기 퍼지가스의 공급이 중단된 영역을 통해서도 상기 반응가스를 더 공급할 수도 있다.
상기 중간처리공정에서 사용되는 반응가스는 플라즈마 여기에 의한 활성종 상태일 수도 있다
그리고 상기 박막이 증착되는 과정을 복수 회 수행하고, 상기 중간처리공정은 적어도 한 번 이상 수행될 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 제조장치는, 내부에 공간부가 형성되는 챔버와; 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와; 상기 기판지지부의 상부에 구비되며, 상부에는 원료공급부에 연결되어 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스가 공급되는 복수의 가스도입구가 형성되고, 하부에는 상기 복수의 가스도입구를 통해 유입된 가스를 상기 기판 상으로 분사하는 복수의 가스분사유닛을 포함하는 가스분사체; 및 상기 기판지지부와 가스분사체의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하며, 상기 제어부는 상기 복수의 기판 상에 박막이 증착되는 동안 상기 챔버 내로 공급되는 가스들 중 적어도 상기 원료가스의 공급을 중단하여 상기 복수의 기판이 상기 반응가스에 노출되도록 상기 가스분사체의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 챔버는 상기 반응가스를 여기시키는 플라즈마 발생장치를 포함할 수도 있으며, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 반응가스를 상기 챔버의 외부에서 플라즈마 상태로 여기 시키거나, 또는 상기 반응가스를 상기 챔버의 내부에서 플라즈마 상태로 여기 시키도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 제조방법 및 그 제조장치는, 박막이 증착되는 과정에서 원료가스의 공급을 일시적으로 중단하고, 형성된 박막을 반응가스를 포함하는 분위기에서 일정 시간 노출시킴으로써 형성되는 박막의 품질을 개선할 수 있다. 즉, 기판에 흡착된 원료가스와 반응가스가 서로 충분하게 반응할 수 있도록 함으로써 박막 증착을 원활하게 하고, 이에 따라 박막의 막질을 개선할 수 있다. 따라서 공정 불량을 억제하여 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소자의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 박막 제조장치의 변형 예를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조과정을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 4는 도 3의 중간처리공정의 일 예를 보여주는 순서도 및 그에 따른 가스 흐름을 보여주는 그래프.
도 5는 도 4의 변형 예를 보여주는 순서도 및 그에 따른 가스 흐름을 보여주는 그래프.
도 6은 중간처리공정의 변형 예를 보여주는 순서도 및 그에 따른 가스 흐름의 변형 예를 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판처리장치는 챔버(100), 기판지지부(120), 가스분사체(120) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
챔버(100)는 상부가 개방된 본체(102)와, 본체(102)의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 탑리드(132)를 구비한다. 탑리드(132)가 본체(102)의 상부에 결합되어 본체(102) 내부를 폐쇄하면, 챔버(100)의 내부에는 예컨대, 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 행해지는 공간부(110)가 형성된다.
공간부(110)는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 챔버(100)의 소정 위치에는 공간부(110)에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기구(106)가 형성되어 있고, 배기구(106)는 외부에 구비되는 펌프(미도시)에 연결된 배기관(170)과 연결된다.
또한, 본체(102)의 바닥면에는 후술할 기판지지부(120)의 회전축(126)이 삽입되는 관통공(104)이 형성되어 있다. 본체(102)의 측벽에는 기판(W)을 챔버(100) 내부로 반입하거나, 외부로 반출하기 위한 게이트벨브(미도시)가 형성되어 있다.
기판지지부(120)는 기판(W)을 지지하기 위한 구성으로서, 지지플레이트(122)와 회전축(126)을 구비한다. 지지플레이트(122)는 원판 형상으로 챔버(100) 내부에 수평방향으로 구비되고, 회전축(126)은 지지플레이트(122)의 저면에 수직으로 연결된다. 회전축(126)은 관통공(104) 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 지지플레이트(122)를 승강 및 회전시킨다. 이때, 회전축(126)과 관통공(104) 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 박막을 증착하는 과정에서 챔버(100) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다.
또한, 지지플레이트(122)의 상부에는 복수의 기판안착부(124)가 일정 간격을 가지며 형성된다. 기판안착부(124)는 박막증착을 위한 지지플레이트(122)의 회전 시 장착된 기판(W)의 이탈을 방지할 수 있도록 함몰된 형태로 형성되는 것이 좋다. 또한 지지플레이트(122)의 하측 또는 내부에는 히터(미도시)가 구비되어 기판(W)을 일정한 공정 온도로 가열할 수도 있다.
가스분사체(120)는 기판지지부(120) 상부에 이격되어 구비되며, 기판지지부(120) 측으로 원료가스(S), 반응가스(R), 퍼지가스(P) 등 공정가스를 분사한다.
가스분사체(120)는 서로 다른 종류의 가스를 분사하는 복수의 가스분사유닛을 포함하며, 각각의 가스분사유닛은 부채꼴과 유사한 형태를 이루며 지지플레이트(122)의 중심점을 기준으로 배열된다.
또한, 각각의 가스분사유닛은 탑리드(132)의 하부 일부를 점유하는 형태로 탑리드(132)를 공유하며, 탑리드(132) 하부에 복수의 가스분사공(136)이 형성된 분사플레이트(134)가 이격되어 결합된다. 이렇게 형성된 가스분사유닛은 분사플레이트(134)와 탑리드(132) 사이에 가스확산공간을 형성한다.
그리고 탑리드(132)에는 가스분사유닛의 개수와 대응하는 개수로 가스도입구(140)가 형성되어 탑리드(132)와 분사플레이트(134) 사이의 가스확산공간과 연통된다. 각각의 가스도입구(140)는 외부의 다양한 가스공급원(미도시)과 선택적으로 연결될 수 있다. 이때, 가스도입구(140)는 가스공급원(150)과 공급배관(152S, 152R, 152P)을 통해 연결되며, 공급배관(152S, 150R, 150P)에는 가스를 공급 또는 차단할 수 있는 밸브(Vs, VR, VP)가 구비된다. 본 발명의 실시 예에서는 각각의 가스도입구(140)를 통해 미리 설정된 가스가 공급될 수 있도록 공급배관(152S, 152R, 152P)을 통해 가스공급원(150S, 150R, 150P)과 연결하였다. 그러나 이에 한정되지 않고 각각의 가스를 공급하기 위한 공급배관(152S, 152R, 152P)은 서로 연통되도록 연결될 수도 있다. 통상 박막 증착은 기판에 원료가스(S), 퍼지가스(P), 반응가스(R) 및 퍼지가스(P)가 순차적으로 공급되는 1주기를 복수 회 반복함으로써 수행되는데, 본 발명의 실시 예에서는 박막이 증착되는 도중에 원료가스(S)의 공급을 차단하고 챔버(100) 내부에 반응가스(R)를 공급하는 중간처리공정을 수행함으로써 기판(W) 상에 증착되는 박막의 막질을 개선함과 동시에 박막의 증착을 원활하게 한다. 다시 말해서 박막이 증착되는 동안 기판지지부가 회전하기 때문에 기판 지지부에 장착된 복수 개의 기판(W) 각각에는 원료가스(S), 퍼지가스(P), 반응가스(R) 및 퍼지가스(P)가 공급되는데, 원료가스(S)와 반응가스(R)의 반응 시간이 충분하지 못하여 원료가스(S)와 미처 반응하지 못한 반응가스(R)가 퍼지가스(P)에 의해 제거된다. 이에 본 발명에서는 원료가스(S)와 반응가스(R)가 충분히 반응할 수 있도록 일정한 주기마다 기판(W), 즉 기판(W) 상에 형성된 박막을 반응가스(R)에 노출시키는 중간처리공정을 수행함으로써 박막의 막질을 개선함과 동시에 박막의 증착을 원활하게 한다. 이때, 반응가스(R)가 공급되는 면적을 증가시키기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 퍼지가스(P)가 공급되는 공급배관(150P)과 반응가스(R)가 공급되는 공급배관(150R)을 연결배관(150B)을 통해 연결함으로써 두 배관(150R, 150P)이 서로 연통되도록 형성한다. 또한, 연결배관(150B)에 연결배관(150B)을 개폐하는 밸브(VB)를 설치하여 반응가스(R)가 퍼지가스(P)가 공급되는 가스도입구(140)로 공급될 수 있도록 형성하였다. 이러한 구성을 통해 가스분사체(130)에서 반응가스(R)가 분사되는 영역을 증가시킬 수 있으므로 챔버 내에 반응가스가 신속하게 공급될 수 있어 중간처리공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 탑리드(132)와 분사플레이트(134) 사이에 분사공(미도시)이 형성된 중간플레이트(미도시)가 개재될 수도 있다. 이 경우 가스도입구(140)를 통해 가스분사유닛으로 유입된 가스는 탑리드(132)와 중간플레이트 사이 그리고 중간플레이트와 분사플레이트(134) 사이에 형성되는 가스확산공간 내에서 고르게 확산될 수 있다.
그리고 가스분사유닛들의 중앙에는 퍼지가스를 분사하는 중앙 가스분사유닛을 더 구비함으로써 원료가스와 반응가스가 기판지지부(120)의 중앙에서 상호 혼합되는 것을 방지할 수도 있다. 이때, 중앙 가스분사유닛은 퍼지가스 가스공급원(150P)에 연결복수 개의 가스분사공(137)이 형성된 중앙 분사플레이트(138)를 포함하여 구성된다. 중앙 분사플레이트(138)가 형성된 부분에는 탑리드(132)를 관통하는 가스도입구(140)가 형성되고, 가스도입구(140)는 퍼지가스 가스공급원(150P)에 공급배관(152C)을 통해 연결된다. 이때, 퍼지가스(P)가 공급되는 공급배관(152P)에는 퍼지가스 공급원(150P)으로부터의 가스공급을 조절하기 위한 밸브(VP1)가 설치되고, 중앙 분사플레이트(138)와 연통되는 공급배관(152C)에는 중앙 분사플레이트(138)로 가스의 흐름을 조절하기 위한 밸브(VP2)가 설치된다.
제어부는 전술한 기판지지부(120), 가스분사체(130) 등 박막 증착장치의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 제어부에는 박막 증착 주기 또는 형성되는 박막의 두께에 따라 가스를 선택적으로 공급 또는 차단함으로써 박막 증착 과정 중 박막을 반응가스에 노출시키는 중간처리공정을 가능하게 한다. 제어부는 공급배관(152S, 152R, 152P, 152C) 및 연결배관(152B)에 설치된 밸브들(VS, VR, VP, VP1, VP2, VB)의 동작을 제어하여, 중간처리공정 중 기판 상에 증착된 박막을 반응가스에 노출시킨다. 중간처리공정을 수행하기 위해 제어부는 원료가스(S) 공급배관(152S)에 설치된 밸브(VS)의 동작을 제어하여 원료가스(S)의 공급을 차단하고, 반응가스(R)의 공급배관(152R) 및 퍼지가스(P)의 공급배관(152P)에 설치된 밸브들(VR, VP)의 동작을 제어함으로써 가스분사체(130)로 퍼지가스(P)와 반응가스(R)를 선택적으로 공급한다. 이때, 가스분사체(130)에 연결되는 공급배관의 연결구조가 도 1과 같은 경우, 제어부는 중간처리공정 시 공급배관(152R, 152P)에 연결된 밸브들(VR, VP)의 동작을 선택적으로 제어하여 박막이 반응가스(R)에 노출되도록 한다. 반면에, 가스분사체(130)에 연결되는 공급배관의 연결구조가 도 2와 같은 경우에는 공급배관(152R, 152P, 152C) 및 연결배관(152B)에 설치된 밸브들(VR, VP, VP1, VP2, VB)의 동작을 제어하여 반응가스(R)가 연결배관(152B)을 통해 퍼지가스(P)가 공급되는 가스도입구(140)로 공급되도록 하여 가스분사체(130)에서 반응가스(R)가 분사되는 영역은 물론, 퍼지가스(P)가 분사되는 영역으로도 반응가스(R)가 분사될 수 있도록 할 수도 있다. 이때, 반응가스(R)가 중앙 분사플레이트(138)를 통해 분사되지 않도록 중앙 분사플레이트(138)와 연통되는 공급배관(152C)에 연결된 밸브(VP2)는 폐쇄되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 박막 증착장치에는 반응가스를 플라즈마 여기에 의한 활성종 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부가 구비될 수도 있다. 예컨대 플라즈마 발생부는 챔버(100)의 기판 상부의 가스분사체에 전력을 인가하고 기판지지대에 접지시켜, 기판의 증착 공간인 반응 공간에 RF를 이용하여 플라즈마를 여기 시키는 축전결합플라즈마(CCP;Capacitively Coupled Plasma) 방식으로 구동될 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부는 유도결합플라즈마(ICP:Inductively Coupled Plasma)방식으로도 구현될 수 있고, 챔버(100) 외부에서 가스를 플라즈마 여기에 의한 활성종 상태로 만들어 챔버(100) 내부로 공급하는 리모트 플라즈마 방식으로도 구현될 수도 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 방식이 적용될 수 있다.
이와 같이 구성된 기판처리장치는 박막을 증착하는 과정에서 가스분사체(120)를 통해 원료가스(S), 반응가스(R) 및 퍼지가스(P)를 기판(W) 상부로 지속적으로 공급되고, 잔류가스 및 부산물 등은 배기구(106)를 통해 배기관(170)으로 배출된다.
이하에서는 본 발명의 박막 증착방법을 다양한 실시 예를 통해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조과정을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 4는 도 3의 중간처리공정의 일 예를 보여주는 순서도 및 그에 따른 가스 흐름을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 박막 제조과정은 기판을 챔버(100)에 내에 장착하는 과정, 챔버(100) 내부 분위기, 기판 온도를 제어하는 과정 및 박막을 증착하는 과정 및 기판을 챔버(100) 외부로 반출하는 과정을 포함한다.
먼저, 기판(W)을 챔버(100) 내의 기판지지부(120)에 장착한다(S110). 기판(W)은 지지플레이트(122)의 기판안착부(124)에 장착되며, 복수 개의 기판(W)이 장착될 수 있다.
기판(W)이 기판지지부(120)에 장착되면, 챔버(100) 내부를 진공으로 형성하여 챔버(100) 내의 공기를 제거한다. 그리고 가열부를 동작시켜 기판지지부(120)를 가열하여 기판(W)의 온도를 제어한다(S111).
이후, 기판지지부(120)를 회전(S112)시키고, 가스분사체(130)를 통해 기판(W)에 원료가스(S), 반응가스(R) 등의 공정가스와, 퍼지가스(P)를 분사하면서 박막을 증착한다(S113). 이렇게 박막을 증착하는 과정에서 제어부는 기판(W) 상에 증착된 박막의 두께가 미리 설정된 박막의 두께에 도달했는지, 또는 박막 증착 주기가 미리 설정된 박막 증착 주기에 도달했는지 여부를 판단하여 중간처리공정 실시 여부를 결정(S114)한다. 이때, 기판(W) 상에 증착된 박막 두께가 미리 설정된 박막 두께에 도달하지 못했거나, 또는 박막 증착 주기가 미리 설정된 박막 증착 주기에 도달하지 못한 경우, 가스를 분사하면서 기판 상에 박막을 계속해서 증착(S113)하고, 그렇지 못한 경우에는 원료가스(S)를 차단한 후 기판(W)을 반응가스(R)에 노출시키는 중간처리공정을 수행(A)한다.
도 4의 (a)를 참조하면, 중간처리공정(A)은 다음과 같이 수행될 수 있다.
먼저, 원료가스(S)가 공급되는 공급배관(152S, 152R)에 설치된 밸브(VS,VR)를 조절하여 가스분사체(130)를 통해 기판으로 분사되는 원료가스(S)와 반응가스(R)의 공급을 차단(S120)한다. 박막 증착을 증착하는 과정 중에는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 챔버(100) 내부에 원료가스(S), 반응가스(R) 및 퍼지가스(P)가 동시에 공급되고 있는 상태이기 때문에, 이와 같이 원료가스(S)와 반응가스(R)의 공급을 차단하면 퍼지가스(P)는 챔버(100) 내로 계속해서 공급(S121)되게 된다. 따라서 원료가스(S)와 반응가스(R)의 공급을 차단(S120)하는 과정과, 퍼지가스(P)를 공급(S121)하는 과정은 동시에 수행되는 것이다. 이렇게 퍼지가스(P)를 챔버(100) 내로 공급하여 기판 상에 존재하는 잔류가스 및 불순물 등을 제거한다.
이후, 퍼지가스(P)가 공급되는 공급배관(152P)에 설치된 밸브(VP)를 조절하여 챔버(100) 내로 공급되는 퍼지가스(P)를 차단(S122)하고, 반응가스(R)를 챔버(100) 내로 공급(S123)하여 박막을 반응가스(R)에 소정 시간 동안 노출시킴으로써 박막의 막질을 개선함은 물론, 박막의 증착 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 기판지지대에 장착된 복수 개의 기판 각각에는 박막이 증착되는 동안 원료가스(S), 퍼지가스(P), 반응가스(R) 및 퍼지가스(P)가 순차적으로 공급된다. 그리고 중간처리공정이 수행되는 동안에는 원료가스(S)의 공급이 차단된 상태로 퍼지가스(P)와 반응가스(R)가 기판에 순차적으로 공급된다.
또한, 도 5는 도 4의 변형 예를 보여주는 순서도 및 그에 따른 가스 흐름을 보여주는 그래프.
도 5의 (a)를 참조하면, 중간처리공정은 도 4의 (a)에서 반응가스(R)를 공급하는 과정(S123) 이후, 반응가스(R)의 공급을 차단(S124)하고, 퍼지가스(P)를 공급(S125)하여 원료가스(S)와 반응하지 않은 잔류가스와 불순물을 제거하는 과정이 더 수행될 수도 있다. 이때, 반응가스(R)를 차단(S124)하는 과정과 퍼지가스(P)를 공급(S125)하는 과정은 동시에 수행될 수 있음은 물론이다.
이와 같은 중간처리공정이 수행되는 동안 기판지지부에 장착된 복수 개의 기판 각각은 퍼지가스(P), 반응가스(R), 퍼지가스(P)가 순차적으로 공급된다.
여기에서 중간처리공정의 회수는 설정하기에 따라 변경될 수 있는데, 박막을 증착하는 복수의 주기 중 일정 주기마다 중간처리공정을 수행할 수도 있고, 박막을 증착하는 복수의 주기가 완료된 이후 마지막에 중간처리공정을 수행할 수도 있다. 한편, 중간처리공정을 수행하는 회수가 증가할수록 막질 개선과 박막 증착 속도에 유리할 수도 있으나, 중간처리공정을 지나치게 자주 수행하다 보면 공정 시간이 지나치게 길어져 생산성이 저하되는 문제가 발생할 수도 있다. 따라서 박막을 증착하는 과정 중 중간처리공정의 회수를 적절하게 조절함으로써 형성되는 박막의 품질 및 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 중간처리공정을 수행한 이후 박막 두께를 측정하여 박막이 원하는 두께로 증착되었는지 여부를 확인(S115)한 다음, 박막이 원하는 두께로 증착된 경우에는 가스분사체, 기판지지부 등의 동작을 정지시키고 기판을 챔버(100) 외부로 반출(S116)한다.
그리고 중간처리공정을 수행한 이후 박막 두께를 측정하여 박막이 원하는 두께로 증착되지 않은 경우에는 박막이 원하는 두께로 증착될 때까지 다시 S113 내지 S115까지의 과정을 반복하여 원하는 두께의 박막을 증착한 후 기판을 챔버(100) 외부로 반출(S116)한다.
도 6은 중간처리공정의 변형 예를 보여주는 순서도 및 그에 따른 가스 흐름의 변형 예를 보여주는 그래프이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 중간처리공정은 가스분사체를 통해 기판으로 분사되는 원료가스(S)와 퍼지가스(P)의 공급을 차단(S128)한다. 박막 증착을 증착하는 과정 중에는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 챔버(100) 내부에 원료가스(S), 반응가스(R) 및 퍼지가스(P)가 동시에 공급되고 있는 상태이기 때문에, 이와 같이 원료가스(S)와 퍼지가스(P)의 공급을 차단하면 반응가스(R)는 챔버(100) 내로 계속해서 공급(S129)되게 된다. 이렇게 챔버(100) 내로 반응가스(R)가 공급되는 상태를 일정 시간 유지함으로써 기판 상에 형성된 박막을 반응가스(R)에 노출시킨다.
한편, 챔버(100) 내로 반응가스(R)의 공급 속도 및 공급량을 증가시키기 위하여 퍼지가스(P)가 분사되는 영역으로 반응가스(R)를 공급할 수도 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 박막 증착장치를 이용하게 되는데, 퍼지가스(P)의 공급을 차단한 상태에서 연결배관(152B) 상에 구비된 밸브(VB)를 조절하여 연결배관(152B)을 개방시킴으로써 반응가스(R)가 연결배관(152B)을 통해 퍼지가스(P)가 공급되는 가스도입구(140)로 공급될 수 있도록 한다.이와 같이 가스분사체(130)에서 반응가스(R)가 분사되는 영역은 물론, 퍼지가스(P)가 분사되는 영역을 통해 반응가스(R)가 분사되기 때문에, 챔버(100) 내부에 반응가스(R)가 공급되는 속도 및 공급량을 향상시킬 수 있다. 이에 중간처리공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 전체 공정에 소요되는 시간도 단축시킴으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 위에서 설명한 실시 예들에서는 중간처리공정이 수행되는 동안 기판에 반응가스(R)가 기체 상태로 공급되는 것으로 설명하고 있지만, 반응가스(R)는 플라즈마 여기에 의한 활성종 상태로 공급될 수도 있다. 예컨대 반응가스(R)는 플라즈마 상태로 가스분사체를 통해 공급될 수도 있고, 챔버(100) 내에서 플라즈마 상태로 여기될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 챔버 102 : 본체
104 : 관통공 106 : 배기구
110 : 공간부 120 : 기판지지부
122 : 지지플레이트 124 : 기판안착부
126 : 회전축 130 : 가스분사체
132 : 탑리드 134 : 분사플레이트
136 : 가스분사공 140 : 가스도입구
150, 150S, 150R, 150P : 원료공급부
152S, 152R, 152P : 공급배관
152B : 연결배관
170 : 배기관
VS, VR, VP, VB : 밸브

Claims (10)

  1. 복수 개의 기판 상에 박막을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 복수 개의 기판을 챔버 내부의 기판 지지부 상에 장착하는 과정; 및
    상기 기판지지부를 회전시키면서 상기 기판지지부 상부로 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스를 동시에 공급하여 상기 복수 개의 기판 상에 박막을 증착하는 과정;을 포함하며,
    상기 박막이 증착되는 동안 상기 챔버 내로 공급되는 가스들 중 적어도 상기 원료가스의 공급을 중단하고 상기 기판을 상기 반응가스를 포함하는 분위기에 노출시키는 중간처리공정을 적어도 한 번 수행하는 박막 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간처리공정은,
    상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 반응가스의 공급을 중단하는 과정; 및
    상기 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하는 과정;
    을 포함하는 박막 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간처리공정은,
    상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 반응가스의 공급을 중단하는 과정과;
    상기 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하는 과정; 및
    상기 반응가스의 공급을 중단하고 상기 퍼지가스를 공급하는 과정;
    을 포함하는 박막 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간처리공정은,
    상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하는 공정을 포함하는 박막 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간처리공정은,
    상기 챔버 내로 공급되는 상기 원료가스와 퍼지가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 공급하되, 상기 퍼지가스의 공급이 중단된 영역을 통해서도 상기 반응가스를 더 공급하는 박막 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간처리공정에서 사용되는 반응가스는 플라즈마 여기에 의한 활성종 상태인 박막 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막이 증착되는 과정을 복수 회 수행하고, 상기 중간처리공정은 적어도 한 번 이상 수행되는 박막 제조방법.
  8. 내부에 공간부가 형성되는 챔버와;
    상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와;
    상기 기판지지부의 상부에 구비되며, 상부에는 원료공급부에 연결되어 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스가 공급되는 복수의 가스도입구가 형성되고, 하부에는 상기 복수의 가스도입구를 통해 유입된 가스를 상기 기판 상으로 분사하는 복수의 가스분사유닛을 포함하는 가스분사체; 및
    상기 기판지지부와 가스분사체의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 복수의 기판 상에 박막이 증착되는 동안 상기 챔버 내로 공급되는 가스들 중 적어도 상기 원료가스의 공급을 중단하여 상기 복수의 기판이 상기 반응가스에 노출되도록 상기 가스분사체의 동작을 제어하는 박막 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 챔버는 상기 반응가스를 여기시키는 플라즈마 발생장치를 포함하는 박막 제조장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 플라즈마 발생장치는 상기 반응가스를 상기 챔버의 외부에서 플라즈마 상태로 여기 시키거나, 또는 상기 반응가스를 상기 챔버의 내부에서 플라즈마 상태로 여기 시키도록 형성되는 박막 제조장치.
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